25～200MW汽轮机转子体和主轴锻件技术条件
1 主题内容与适用范围
本标准规定了25～200MW汽轮机转子体和主轴用真空处理的合金钢锻件的技术要求、检验规则、试验方法、合格证书和标志等内容。
本标准适用于蒸汽温度不超过565℃汽轮机转子体和主轴用真空处理的合金钢锻件的订货、制造与检验。
2 引用标准
GB223 钢铁及合金化学分析方法
GB228 金属拉伸试验方法
GB229 金属夏比（U型缺口）冲击试验方法
GB231 金属布氏硬度试验方法
GB2106 金属夏比（V型缺口）冲击试验方法
GB6394 金属平均晶粒度测定方法
GB6395 金属高温拉伸持久试验方法
GB6397 金属拉伸试验试样
GB10561 测定钢中夹杂物含量的方法
JB1581 汽轮机、汽轮发电机转子和主轴锻件超声波探伤方法
JB/ZQ6101锻钢件的磁粉检验方法
JB/ZQ6117钢制品的机械性能试验方法及定义
ZBJ32005 汽轮机主轴和转子锻件的热稳定试验方法
3 订货要求
3.1 需方应在订货合同书或技术协议书中写明采用的标准、钢号、相应技术要求和检验项目及除本标准要求以外的检验项目。
3.2 需方应提供标明力学性能试验取样位置的锻件订货图样和叶片槽深精加工尺寸。
3.3 需方要求参加现场检验项目应在合同中写明。
4 技术要求
4.1 制造工艺
4.1.1冶炼和浇注
4.1.1.1 锻件用钢应采用碱性电炉冶炼，经需方同意也可采用保证质量的其他方法冶炼。
4.1.1.2 钢水应在浇注前或浇注中进行真空处理，以去除有害气体，特别是氢。在真空处理过程中，真空系统的能力必须大到足以在开浇后两分钟内就能将初始增高的压强降低至低值，通常应低于133Mpa。
4.1.2 锻造
4.1.2.1 钢锭上部和下部应有足够的切除量，以确保成品锻件无缩孔、疏松、严重偏析及其它有害缺陷。
4.1.2.2 采用的锻造方法必须尽可能使整个锻件得到均匀的组织结构。锻压机应有足够的吨位，以使锻件的整个截面锻透。特别应保持锻件的轴线与钢锭中心线大致重合。除非订货合同中另有规定，钢锭质量较好端应为靠近发电机端。
4.1.3 热处理
4.1.3.1 锻后热处理应为正火和回火。
4.1.3.2 锻件第一次粗加工后进行性能热处理，高中压转子体用钢锻制的锻件为正火鼓风冷却，经双方商定也可采用其他方式冷却，再加回火，低压转子体用锻制的锻件为淬火加回火。转子体锻件在热处理时应处于垂直悬挂状态。
a、正火或淬火温度应高于相变温度，但应低于锻后热处理的正火温度；
b、回火温度应尽量高，使力学性能满足要求。高中压转子体用钢的回火温度不应低于660℃，低压转子体用钢的回火温度不应低于580℃（30Cr2Ni4MoVE钢不应低于570℃）。
4.1.3.3 在性能热处理及随后的粗加工和打中心孔以后，锻件应在低于最终回火温度15～50℃范围内去除应力，但不应低于550℃（对30Cr2Ni4MoVE钢不应低于540℃）。
在征得需方同意以后，去除应力温度可高于第4.1.3.3条规定的范围，此时，中心孔试料应放回原相应位置，去除应力处理后，必须进行补充拉伸试验。
4.1.4 机械加工
4.1.4.1 在性能热处理之前，锻件的所有表面进行第一次粗加工，未经需方同意，性能热处理和正式超声波探伤之前不得在整体叶轮间切槽和加工叶轮台阶。
4.1.4.2 在性能热处理之后，锻件进行第二次粗加工，并套取中心孔芯棒，按订货图样的尺寸在单边应留不大于5mm的加工余量（此余量在去应力处理后加工掉）。
4.1.4.3 按需方订货图样规定的尺寸和公差要求打中心孔，为了去除由超声波检测出来的不允许的中心部位缺陷，允许按订货图样注明的或经需方同意的极限范围扩大中心孔，其表面粗糙度Ra值为1.6μm。
4.1.4.4 去应力处理后精镗中心孔，并用不掩盖缺陷的方法磨光或抛光。
4.1.5 在制造和包装过程中，转子体和主轴锻件不得进行焊接。
4.2 化学成分
4.2.1 供方应对每炉钢水进行熔炼分析，分析结果应符合表1规定。
4.2.2 供方应对每个锻件进行成品分析，分析结果应符合表1规定，但允许有表2规定的偏差。
4.3 力学性能
4.3.1 锻件的力学性能应符合表3规定。
4.3.2 首批和重大工艺变动、产品特性要求时，30Cr1Mo1VE钢锻件的高温持久强度要求列入表4其中，100小时持久强度指标为保证值，5000小时持久强度指标用于考核试验。
4.4 硬度检查
锻件在性能热处理以后检查硬度的均匀性，硬度的绝对值供参考。在同一圆弧表面上各点间的硬度差不应超过30个HBS，在同一母线上的硬度差不应超过40个HBS。
4.5 无损检验
4.5.1 一般要求
锻件不得有裂纹、白点、缩孔、折叠、过度的偏析以及超过允许的夹杂和疏松。
4.5.2 磁粉检验
锻件在外圆表面精加工后，由需方对轴承部位表面和两轴身外端面及过渡区（必要时可对整个外圆表面）进行磁粉检验，供方应保证检验结果符合以下要求：
a、转子外圆表面轴承部位不允许有长度大于1.5mm的任何缺陷显示，其他部位不允许有长度大于3mm的缺陷显示；
b、转子最终检查时，轴承部位除外，在其他允许打磨部位发现有大于3mm的缺陷显示，允许进行局部地研磨和抛光，抛光的深度不应超过1.6mm，并应与周围表面光滑过渡。
C、同一母线上两个缺陷之间的距离小于其较大缺陷长度5倍时，按一个连续缺陷处理。
4.5.3 超声波检验
4.5.3.1 当量直径2mm以下的单个分散缺陷信号不计，但杂波高度应低于当量直径2mm幅度的50%;
4.5.3.2 单个分散的缺陷定义为：相邻两缺陷之间的距离大于其中较大缺陷当量直径10倍的缺陷。
4.5.3.3 单个、分散的缺陷，其当量直径和数量不超过表5规定。
表1 化学成分
|
钢 种
|
C
|
Mn
|
Si 1)
|
P
|
S
|
Cr
|
Ni
|
Mo
|
V
|
Cu
|
Al 2)
|
|
34CrMo1E
|
0.30
0.38
|
0.40
0.70
|
0.17
0.37
|
≤
0.020
|
≤
0.020
|
0.70
1.20
|
≤
0.40
|
0.40
0.55
|
-----
|
≤
0.20
|
-----
|
|
30Cr1Mo1VE
|
0.27
0.34
|
0.70
1.00
|
≤
0.012
|
≤
0.012
|
1.05
1.35
|
≤
0.50
|
1.00
1.30
|
0.21
0.29
|
≤
0.15
|
≤
0.010
|
|
34CrNi3MoE
|
≤
0.40
|
0.50
0.80
|
≤
0.015
|
≤
0.018
|
0.70
1.10
|
2.75
3.25
|
0.25
0.40
|
-----
|
≤
0.20
|
-----
|
|
28CrMoNiVE
|
0.25
0.30
|
0.30
0.80
|
≤
0.30
|
≤
0.012
|
≤
0.012
|
1.10
1.40
|
0.50
0.75
|
0.80
1.00
|
0.25
0.35
|
≤
0.010
|
|
30Cr2Ni4MoVE
|
≤
0.35
|
0.20
0.40
|
0.17
0.37
|
1.50
2.00
|
3.25
3.75
|
0.30
0.60
|
0.07
0.15
|
≤
0.015
|
注：1）采用真空碳脱氧时硅应不大于0.10%；
2）严格控制钢中的含铝量。
表2 化学成分允许偏差
|
化学成分
|
C
|
Mn
成分上限
|
Si
|
P
|
S
|
Cr
|
Ni
成分上限
|
Mo
|
V
|
Cu
|
Al
|
|
≤
0.90
|
＞
0.90
|
≤
2.00
|
＞
2.00
|
|
允许偏差
|
±
0.02
|
±
0.03
|
±
0.04
|
±
0.02
|
+
0.005
|
+
0.005
|
±0.05
|
±0.03
|
±0.07
|
±0.02
|
±0.01
|
+
0.02
|
+
0.005
|
表3 力学性能
|
项目
|
取样位置
|
锻 件 强 度 级 别
|
|
345
|
490
|
590
|
690
|
735
|
760
|
|
σ0.2(σs)
（Mpa）
|
轴端纵向
|
≥（345）
|
≥490
|
590
690
|
≥690
|
≥735
|
≥760
|
|
本体径向
|
≥（345）
|
|
中心孔纵向
|
------
|
≥450
|
≥550
|
≥660
|
≥685
|
≥720
|
|
σb
(Mpa)
|
轴端纵向
|
≥570
|
≥640
|
≥720
|
790
910
|
855
955
|
860
970
|
|
本体径向
|
|
中心孔纵向
|
------
|
≥600
|
≥690
|
≥760
|
≥810
|
≥830
|
|
δ4（δ5）
（%）
|
轴端纵向
|
≥（17）
|
≥（15）
|
≥15
|
≥（14）
|
≥16（13）
|
≥16
|
|
本体径向
|
≥（14）
|
≥（11）
|
≥（12）
|
≥16（11）
|
|
中心孔纵向
|
------
|
≥（13）
|
≥16（10）
|
|
ψ
（%）
|
轴端纵向
|
≥40
|
≥40
|
≥40
|
≥40
|
≥45（40）
|
≥45
|
|
本体径向
|
≥35
|
≥35
|
≥35
|
≥45（35）
|
|
中心孔纵向
|
|
Akv（Aku）
（J）
|
轴端纵向
|
≥（40）
|
≥（50）
|
≥8
|
≥（50）
|
≥40（40）
|
≥40
|
|
本体径向
|
≥（31）
|
≥（45）
|
≥（45）
|
≥40（30）
|
|
中心孔纵向
|
------
|
≥（40）
|
≥7
|
≥（35）
|
≥35（30）
|
≥34
|
|
FATT50
（℃）
|
轴端纵向
|
------
|
------
|
------
|
------
|
------
|
------
|
|
本体径向
|
≤85
|
≤116
|
≤13
|
|
中心孔纵向
|
≤100
|
≤121
|
※
|
※
|
≤27
|
|
推荐用钢
|
34CrMo1E
|
28CrMoNiVE
|
30Cr1Mo1VE
|
34CrNi3MoE
|
34CrNi3MoE
30Cr2Ni4MoVE
|
30Cr2Ni4MoVE
|
※ 提供数据，不作考核。
注：①中心孔性能有要求时在合同中写明；
②主轴只作轴端纵向和中心孔性能，无中心孔取切向性能。
③735级括号中数据为34CrNi3MoE钢的性能。
表4 高温持久强度
|
温度 （℃）
|
应力 （Mpa）
|
试验要求
|
|
510
540
565
595
|
365
310
260
220
|
断裂时间≥100h
伸长率≥15%
断口不得在V型缺口上
|
|
510
540
|
310
250
|
断裂时间≥5000h
|
表5 允许缺陷数量
|
当量范围
mm
|
部 位 允 许 量
|
允许缺陷个数
|
|
轴身
|
传动端
|
非传动端
|
|
Φ2～Φ5
其中：
＞Φ4～Φ5
＞Φ3～Φ4
|
28
4
8
|
10
1
3
|
18
3
5
|
56
16
|
注：中压转子体和低压转子体的两端均系传动端，因而两端允许缺陷数量均按传动端规定。
4.5.3.4 轴身部位离中心孔表面30mm以内和外圆槽深加25mm范围内不应有当量直径1.6mm的密集信号缺陷，允许有当量直径3mm以下的单个分散缺陷存在。
4.5.3.5 由缺陷引起底波衰减损失达到3dB时应当记录报告给需方。
4.5.3.6 不允许有游动信号和条状缺陷信号。
4.5.3.7 供方应向需方提供用2～2.5MHz和4～5MHz分别在转子体最大直径两端及中间三处测量出的材料衰减数据。
4.5.3.8 当锻件的超声波探伤结果超出上述规定时，应由供需双方进行复验和讨论，但锻件是否可判合格应由需方决定。
4.5.4 中心孔检验
中心孔精镗或研磨至表面粗糙度Ra值为1.6μm以后，进行中心孔检验，其验收标准如下：
a、长度等于或大于1.5mm的缺陷应记录其轴向和周向的位置，并报告需方；
b、在窥膛仪检查的一个视野内，不允许有3个长度大于1.5mm的可见缺陷或9个长度小于1.5mm的可见缺陷。
c、在内孔表面同一母线上的所有缺陷的总长度不应大于50mm；
d、不允许有任何撕裂状的分叉缺陷；
e、位于同一母线上的两个缺陷间的距离小于其中较大缺陷长度的5倍时，按一条连续缺陷处理；
f、不允许长度大于3mm的可见缺陷及非金属夹杂物组成的密集区；
g、不符合第4.5.4条要求的缺陷，征得需方同意后，允许对缺陷进行局部研磨和抛光，但研磨和抛光的深度不应超过1.6mm，并与周围表面光滑过渡。
4.6 热稳定性试验
需方进行热稳定性试验，供方应对试验结果负责。
4.7 金相检验
4.7.1 锻件的平均晶粒度：30Cr1Mo1VE钢不应粗于2.0级，其他钢种不应粗于3.0级。
4.7.2 锻件的A、B、C、D四种类型夹杂物均不应超过3.0级。
4.8 残余应力检验
锻件应测定残余应力，其值不应大于表3中径向屈服强度下限值的8%。如残余应力超过规定，锻件应仍按第4.1.3.3条的要求进行补充的去应力回火，并重新测定残余应力和硬度值。
4.9 尺寸和表面粗糙度
4.9.1 加工后的锻件应符合订货图样规定的尺寸、公差和表面粗糙度要求。
4.9.2 中心孔轴线直径度Φ3mm，中心孔圆度不大于0.3mm，中心孔与锻件外圆同轴度不大于1.0mm。
5 检验规则和试验方法
5.1 化学成份分析
5.1.1 化学成份分析应按GB223规定的方法或能保证分析质量的其他方法进行。
5.1.2 每炉（每包）钢水可于浇注时取样测定钢水的化学成份，多炉合浇还应报告权重平均
分析结果。
5.1.3 成品分析试样取样自每个锻件延长部分壁厚的二分之一处，无中心孔锻件取自离表面1/3处，或取自径向性能验收试样。
5.2 力学性能检验
5.2.1 力学性能检验按JB/ZQ6117、GB228、GB229和GB2106规定的方法进行，本体径向冲击试样的槽口方向应与转子体的轴线平行。
5.2.2 高温持久强度试验按GB6395进行，试样规格由需方提供。
5.2.3 力学性能检验的取样
5.2.3.1 用于力学性能检验的试样应在性能热处理后，去应力处理以前切取。
5.2.3.2 纵向试样：在锻件两端各取一个拉伸试样和三个冲击试样。有中心孔的锻件在壁厚的
1/2处取样，无中心孔锻件（包括未打孔调质的锻件）在离表面1/3处取样。
5.2.3.3 径向试样：粗加工后重量≤6t的转子体在靠近电机端的叶轮体上取一个拉伸试样和三个冲击试样，重量超过6t的转子体，在转子体两头的叶轮体上相隔180°各取一个拉伸试样和三个冲击试样，共四个拉伸试样和十二个冲击试样，并按要求取FATT50冲击试样一组，或按订货图样取样。
5.2.3.4 中心孔试样：中心孔＞Φ90mm的锻件，在轴身中部的中心孔棒料取一个拉伸试样三个冲击试样和一组FATT50试样，在轴身靠近电机端取一个拉伸试样，三个冲击试样。
5.3 硬度检验
在每个锻件两轴颈及轴身部位中段的外圆表面每隔90°各测一点（共十二点）。
5.4 无损检验
5.4.1 外表面磁粉检验按JB/ZQ6101进行，外表面超声波检验按JB1581进行。中心孔磁粉检验和超声波检验按双方商定的方法进行。
5.4.2 超声波检验至少应进行两次，第一次检验在调质和打中心孔之前进行，第二次检验在调质后和打中心孔之前进行，两次检验结果均提供给需方。
内孔超声波检验由需方进行，供方应保证中心孔超声波检验结果达到本技术条件有关条款的规定。
5.4.3 中心孔检验用窥膛仪观察，必要时用磁粉检验结合窥膛仪观察。
5.5 金相检验
5.5.1 晶粒度检验在轴身电机端径向、中心棒料中部取样，并按GB6394的规定进行。
5.5.2 夹杂物检验在轴身电机端径向、中心棒料中部取样，并按GB10561附录A图Ⅰ进行评
定。
5.6 残余应力测定
5.6.1 采用切环法或环芯电阻应变法测定残余应力。
5.6.2 切环法是在轴身一端切取25mm×25mm的圆环，用测量该环在切割前后平均变形量的方法来计算残余应力，计算公式为：
бt=E·δ/D
式中：бt----残余应力，Mpa；
δ-----直径增量的代数值，mm；
D-----切割前环的外径，mm：
E-----材料的弹性模量，Mpa。
5.7 热稳定性试验
热稳定性试验按ZBJ32005的规定进行。
5.8 复试
5.8.1 拉伸试验中某一试验结果不合格，可在锻件上与原试样相邻部位取两个试样进行复试，两个试样的复试结果均应满足规定要求。
5.8.2 冲击试验中一组3个冲击试样的平均值不低于规定要求，其中一个值不低于规定的70%，可不进行复试；当达不到上述要求时，在同一件产品上相邻部位再取一组3个冲击试样进行复试，前后二组6个试样的平均值不应低于规定要求，且低于规定值的单个值不应多于2个，只能有一个单个值低于规定值的70%。
5.8.3 力学性能检验如因白点和裂纹原因不合格，不得复试。
5.9 重新热处理
5.9.1 如锻件的任一力学性能复试结果不合格，当试样的强度高而塑性、韧性和脆性转变温度达不到要求时，应将中心孔试料重新塞入孔内与锻件一起重新回火，再按第5.2条的规定检验，重新回火后中心孔试料的取样部位应与需方协商一致。
5.9.2 如果力学性能检验结果表明锻件不能重新回火，那么，锻件如何进一步热处理和加工都须经供需双方协商一致。
5.9.2 重新热处理次数不得超过两次。
6 验收及合格证书
6.1 供方应向需方验收人员提供必要的方便条件，以便于需方验收人员进行现场检验工作。
6.2 需方有权选择锻件的某些验收试验项目，在验收试验中或以后的加工或试验中发现锻件不符合本技术条件和定货合同中规定的补充技术要求条款，需方应及时通知供方，双方协商解决。
6.3 供方应向需方提供合格证书，合格证书应包括以下内容：
a、合同号；
b、锻件图号；
c、标准号、锻件级别和钢种；
d、熔炼炉号和熔炼方法；
e、熔炼分析和成品分析结果；
f、钢锭主要尺寸和锻件的实际锻造比；
g、各次热处理的实际温度，保温时间和冷却方式；
h、力学性能的检验结果；
i、超声波检验报告；
j、其他检验和需方要求补充检验的结果；
k、交货锻件的实际尺寸和重量。
7 标志和包装
7.1 供方应在每个锻件相当于钢锭下部端面打上合同号、炉号、件号等标志并用白漆圈上。
7.2 锻件应打上超声波探伤周向起始标志。
7.3 供方应对每个锻件的外表面和中心孔表面涂防锈剂，中心孔两头用木塞堵严，防止运输和保管过程中损坏或腐蚀。
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附加说明：
本标准由机械电子工业部德阳大型锻件研究所提出并归口。
本标准由德阳大型铸锻件研究所负责起草。
本标准主要起草人：鲁继荣等
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